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了解白炭黑的所有功能作用,除了硅橡膠它都用在哪兒啦?

文章出處:廣東帝博科技有限公司 人氣:-發表時間:2019-03-27

  白炭黑作為硅膠制品與橡膠制品主要功效化學品之一,在硅膠原材料中取到了不可取代的用處,至今氣相白炭黑與沉淀白炭黑都是比較常用的一種化合物,它們可分別用于不同的行業與領域之中,特別在我們日常用品以及生活日用護理產品上都有它的身影,那么你 真的有了解過這種化學性物質嗎?

 

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  氣相白炭黑分為親水性和疏水性兩種。

  1、親水性氣相白炭黑

 

  親水性氣相白炭黑是通過揮發性氯硅烷在氫氧焰中水解而制得的。從化學角度看,這些松散的白色粉末由高純度的無定形白炭黑構成 。親水性白炭黑可用水潤濕,并能在水中分散。除了在傳統工業領域,如聚酯、有機硅、油漆和涂料中應用外,親水性氣相白炭黑產 品越來越多的成功應用于高科技領域中。氣相法白炭黑的納米粒子特性和高純度使其在電子和光纖工業中的應用起了主導作用。親水 性氣相白炭黑產品經×射線分析具有無定形結構。根據市場和應用領域不同,我們可以提供不同粒徑的原生顆粒和不同比表面積的產 品。一些氣相白炭黑產品可以壓縮后供貨,一些產品是醫藥級的。

 

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  親水性氣相白炭黑的功能:適于加工處理,調節到最佳的流變性;有機硅彈性體的補強;非極性液體的增稠;食品和工業粉末的助流 劑;高化學純度;即使在高溫下仍具有優異的絕緣性能;液體轉變成粉末,如醫藥、化妝品。

 

  2、疏水性氣相白炭黑

 

  疏水性氣相白炭黑是通過親水性氣相白炭黑與活性硅烷(例如氯硅烷或六甲基二硅胺烷)發生化學反應而制得。它具有疏水性(憎水 性),而且不能在水中分散。為了解決工業中一些特殊的技術問題,各種型號的疏水性氣相白炭黑被研發出來。如通過用硅烷或硅氧 烷處理改性親水級別的氣相法白炭黑生產疏水性的氣相白炭黑,在最終的產品中,化學處理劑以化學鍵方式結合在原來的親水性氧化 物上。除了親水性產品的上述優點外,疏水性氣相白炭黑產品的特點是:低吸濕性、很好的分散性、即使對于極性體系也有流變調節 能力。有些產品,在疏水處理的基礎上再經過結構改性,可為客戶研發新產品和提高產品的性能提供進一步的幫助。例如:在液體體 系中,疏水性氣相白炭黑可以達到高添加量,而對體系的粘度影響很小。

 

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  疏水性氣相白炭黑的功能:加工使用中最適宜的流變性;極性液體的增稠,如環氧樹脂;有機硅彈性體的補強;高添加量,如在模壓 制品中;良好的疏水性,提高防腐性;改善介電性能,如在電纜復合物中;粉末助流劑,如在粉末涂料及滅火劑等;在涂料和塑料中 提高耐劃傷性。

 

  氣相白炭黑的應用:

 

  一、電子封裝材料

 

  有機物電致發光器材(OELD)是目前新開發研制的一種新型平面顯示器件,具有開啟和驅動電壓低,且可直流電壓驅動,可與規模集 成電路相匹配,易實現全彩色化,發光亮度高(>105cd/m2)等優點,但OELD器件使用壽命還不能滿足應用要求,其中需要解決的技 術難點之一就是器件的封裝材料和封裝技術。目前,國外(日、美、歐洲等)廣泛采用有機硅改性環氧樹脂,即通過兩者之間的共混 、共聚或接枝反應而達到既能降低環氧樹脂內應力又能形成分子內增韌,提高耐高溫性能,同時也提高有機硅的防水、防油、抗氧性 能,但其需要的固化時間較長(幾個小時到幾天),要加快固化反應,需要在較高溫度(60℃至100℃以上)或增大固化劑的使用量 ,這不但增加成本,而且還難于滿足大規模器件生產線對封裝材料的要求(時間短、室溫封裝)。將經表面活性處理后的氣相白炭黑 [2]充分分散在有機硅改性環氧樹脂封裝膠基質中,可以大幅度地縮短封裝材料固化時間(為2.0-2.5h),且固化溫度可降低到室溫, 使OELD器件密封性能得到顯著提高,增加OELD器件的使用壽命。

 

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  二、樹脂復合材料

 

  樹脂基復合材料具有輕質、高強、耐腐蝕等特點,但近年來材料界和國民經濟支柱產業對樹脂基材料使用性能的要求越來越高,如何 合成高性能的樹脂基復合材料,已成為當前材料界和企業界的重要課題。氣相白炭黑的問世,為樹脂基復合材料的合成提供了新的機 遇,為傳統樹脂基材料的改性提供了一條新的途徑,只要能將氣相白炭黑顆粒充分、均勻地分散到樹脂材料中,完全能達到全面改善 樹脂基材料性能的目的。

 

  提高強度和延伸率。環氧樹脂是基本的樹脂材料,把氣相白炭黑添加到環氧樹脂中,在結構上完全不同于粗晶二氧化硅(白炭黑等) 添加的環氧樹脂基復合材料,粗晶SiO2一般作為補強劑加入,它主要分布在高分子材料的鏈間中,而氣相白炭黑由于表面嚴重的配位 不足、龐大的比表面積以及表面欠氧等特點,使它表現出極強的活性,很容易和環氧環狀分子的氧起鍵合作用,提高了分子間的鍵力 ,同時尚有一部分氣相白炭黑顆粒仍然分布在高分子鏈的空隙中,與粗晶SiO2顆粒相比較,表現很高的流漣性,從而使氣相白炭黑添 加的環氧樹脂材料強度、韌性、延展性均大幅度提高。

 

  提高耐磨性和改善材料表面的光潔度。氣相白炭黑顆粒比SiO2要小100—1000倍,將其添加到環氧樹脂中,有利于拉成絲。由于氣相 白炭黑的高流動性和小尺寸效應,使材料表面更加致密細潔,摩擦系數變小,加之納米顆粒的高強度,使材料的耐磨性大大增強。

 

  抗老化性能。環氧樹脂基復合材料使用過程中一個致命的弱點是抗老化性能差,其原因主要是太陽輻射的280—400nm波段的紫外線中 、長波作用,它對樹脂基復合材料的破壞作用是十分嚴重的,高分子鏈的降解致使樹脂基復合材料迅速老化。而氣相白炭黑可以強烈 地反射紫外線,加入到環氧樹脂中可大大減少紫外線對環氧樹脂的降解作用,從而達到延緩材料老化的目的。

 

  三、塑料

 

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  利用氣相白炭黑透光、粒度小,可以使塑料變得更加致密,在聚苯乙烯塑料薄膜中添加氣相白炭黑后,不但提高其透明度、強度、韌 性,而且防水性能和抗老化性能也明顯提高。通過在普通塑料聚氯乙烯中添加少量氣相白炭黑后生產出的塑鋼門窗硬度、光潔度和抗 老化性能均大幅提高。利用氣相白炭黑對普通塑料聚丙烯進行改性,主要技術指標(吸水率、絕緣電阻、壓縮殘余變形、撓曲強度等 )均達到或超過工程塑料尼龍6的性能指標,實現了聚丙烯鐵道配件替代尼龍6使用,產品成本大幅下降,其經濟效益和社會效益十分 顯著。

 

  四、涂料

 

  我國是涂料生產和消費大國,但當前國產涂料普遍存在著性能方面的不足,諸如懸浮穩定性差、觸變性差、耐候性差、耐洗刷性差等 ,致使每年需進口大量高質量的涂料。上海、北京、杭州、寧波等地的一些涂料生產企業敢于創新,成功地實現了氣相白炭黑在涂料 中的應用,這種納米改性涂料一改以往產品的不足,經檢測其主要性能指標除對比率不變外,其余均大幅提高,如外墻涂料的耐洗刷 性由原來的一千多次提高到一萬多次,人工加速氣候老化和人工輻射暴露老化時間由原來的250小時(粉化1級、變色2級)提高到600 小時(無粉化,漆膜無變色,色差值4.8),此外涂膜與墻體結合強度大幅提高,涂膜硬度顯著增加,表面自潔能力也獲得改善。

 

  五、硅膠與橡膠

 

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  硅膠和橡膠是一種伸縮性優異的彈性體,但其綜合性能并不令人滿意,生產硅橡膠制品過程中通常需在膠料中加入炭黑來提高強度、 耐磨性和抗老化性,但由于炭黑的加入使得制品均為黑色,且檔次不高。而氣相白炭黑在我國的問世為生產出色彩新穎、性能優異的 新一代橡膠制品奠定了物質基礎。在普通膠中添加少量氣相白炭黑后,產品的強度、耐磨性和抗老化性等性能均達到或超過高檔硅膠產品,而且可以保持顏色長久不變。

 

  六、顏(染)料

 

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  有機顏(染)料雖然具有鮮艷的色彩和很強的著色力,但一般耐光、耐熱、耐溶劑和耐遷移性能往往不及無機顏料。通過添加氣相白 炭黑對有機顏(染)料進行表面改性處理,不但使顏(染)料抗老化性能大幅提高,而且亮度、色調和飽和度等指標也均出現一定程 度的提高,性能可與進口高檔產品相媲美,極大的拓寬了有機顏(染)料的檔次和應用范圍。

 

  七、陶瓷

 

  用氣相白炭黑代替納米A1203添加到95瓷里,既可以起到納米顆粒的作用,同時它又是第二相的顆粒,不但提高陶瓷材料的強度、韌 性,而且提高了材料的硬度和彈性模量等性能,其效果比添加A1203更理想。利用氣相白炭黑來復合陶瓷基片,不但提高了基片的致 密性、韌性和光潔度,而且燒結溫度大幅降低。此外,氣相白炭黑在陶瓷過濾網、剛玉球等陶瓷產品中應用效果也十分顯著。

 

  八、密封膠、粘結劑

 

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  密封膠、粘結劑是量大、面廣、使用范圍寬的重要產品。它要求產品粘度、流動性、固化速度達最佳條件。我國在這個領域的產品比 較落后,高檔的密封膠和粘結劑都依賴進口。國外在這個領域的產品已經采用納米材料作改性劑,而氣相白炭黑是首選材料,它主要 是在氣相白炭黑表面包敷一層有機材料,使之具有憎水性,將它添加到密封膠中很快形成一種硅石結構,即納米Si0X小顆粒形成網絡 結構抑制膠體流動,加快固化速度,提高粘結效果,由于氣相白炭黑顆粒尺小從而也增加了產品的密封性和防滲性。

 

  九、玻璃鋼制品

 

  玻璃鋼制品雖然有輕質、高強、耐腐蝕等優點,但其本身硬度較低、耐磨性較差。有關專家通過超聲分散方法將氣相白炭黑添加到膠 衣樹脂中,與未加氣相白炭黑的膠衣做性能對比實驗,發現其莫氏硬度由原來的2.2級(相當于石膏的硬度)提高到2.8~2.9級(3級 是天然大理石硬度),耐磨性提高1~2倍,因納米顆粒與有機高分子產生接枝和鍵合作用,使材料韌性增加,故抗拉強度和抗沖擊強 度提高1倍以上,耐熱性能也大幅提高。

 

  十、藥物載體

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  隨著當前城市生活垃圾的大幅增長以及環境污染的日趨嚴重,加大消滅“四害”的力度、預防疾病的傳播已十分迫切。在樹干上涂刷 石灰、向垃圾箱噴灑藥水已作用不大,現在大城市已采用噴涂中樞神經麻醉藥類殺蟲劑來消滅蚊子、蒼蠅、蟑螂等昆蟲類害蟲,但這 些殺蟲劑多從國外進口,價格較高,噴涂后有效期較短(只有一個月)。采用氣相白炭黑為載體吸附該類殺蟲劑,起到了很好的緩釋 效果,據測定,其噴涂后有效期長達一年以上。

 

  十一、化妝品

 

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  對于化妝品來說,要求對紫外線屏蔽能力強,最好是既能防護紫外中波(UVB)對人體的危害,亦能對紫外長波(UVA)起防護作用。 實質上,紫外屏蔽包括兩方面,一是前面所述對紫外線的吸收,另一方面是對紫外線的反射,目前,世界上從紫外反射性能角度開發 的抗紫外劑還未見報道。  在防曬產品中以往多使用有機化合物為紫外線吸收劑,但是存在諸如為了盡可能保護皮膚不接觸紫外線 而提高添加量之后,會增加發生皮膚癌以及產生化學性過敏等問題,而氣相白炭黑為無機成分,易于與化妝品其它組分配伍,無毒、 無味,不存在上述問題,且自身為白色,可以簡單地加以著色,尤其可貴的是氣相白炭黑反射紫外能力強、穩定性好,被紫外線照射 后不分解,不變色,也不會與配方中其它組分起化學反應。氣相白炭黑的這些突出特點為防曬化妝品的升級換代奠定了良好的基礎。

 

  十二、抗菌材料

 

  利用氣相白炭黑龐大的比表面積、表面多介孔結構和超強的吸附能力以及奇異的理化特性,將銀離子等功能離子均勻地設計到氣相白 炭黑表面的介孔中,并實施穩定,成功開發出高效、持久、耐高溫、廣譜抗菌的納米抗菌粉(粒徑只有70納米左右),不但填補國內 空白,而且主要技術指標均達到或超過日本同類產品。經檢測,當納米抗菌粉在水中的濃度僅為0.315%時,對革蘭氏陽性代表菌種與 革蘭氏陰性代表菌種的抗菌能力就可以非常明顯的表露出來,抑菌圈出現2—3mm,且隨著納米抗菌粉在水中濃度的增加,抑菌圈明顯 增大。據測定,水中含Ag+為0.01mg/1時,就能完全殺滅水中的大腸桿菌,并能保持長達90天內不繁衍出新的菌叢。將納米抗菌粉應 用于搪瓷釉料中,生產出具有防霉、抗菌功能的滾筒洗衣機,其抗菌率高達99%以上。應該指出的是,納米抗菌粉在搪瓷釉料中使用 條件較為苛刻,須在堿性較強的液體中和高溫(900℃左右)燒瓷后仍保持很強的抗菌性能,這是其它抗菌粉望塵莫及的。將納米抗 菌粉添加在內墻涂料中,生產出了具有長久抗菌防霉功能的內墻涂料。將納米抗菌粉用在婦女內褲洗滌劑、羊毛、羊絨洗滌劑、洗潔 精、洗手液中,經衛生防疫部門檢測,其抗菌性能十分顯著。可以預見,隨著人們健康意識的增強,納米抗菌粉將逐漸被相關應用企 業的廣大民眾所接受,在票據、醫療衛生、化學建材、家電制品、功能纖維、塑料制品等行業中嶄露頭角。


此文關鍵詞:硅膠制品,硅膠產品,硅橡膠制品

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